Témata
Reklama

Návrh formy pro hluboké tažení plechů

Přestože neustále rostou možnosti softwaru pro simulace technologických procesů, řada nástrojáren dosud používá klasický postup: nejprve formu zkonstruuje, vyrobí a pak provede několik iterací zkouškou na lisu s následnou úpravou formy.

Pokud se podaří nastavením parametrů výrobního procesu (přidržovací síly, přítlaku brzdicích lišt, mazání atd.) nebo jen menší lokální úpravou formy, například změnou zaoblení, zabezpečit výrobu kvalitních výtažků, je vše v pořádku. Pokud je nutné provést změnu většího rozsahu, nebo dokonce zasáhnout do koncepce celé formy, dojde k výraznému prodražení a často i k nesplnění termínů dodávky. Každá konstrukční kancelář zaměstnává několik zkušených konstruktérů, kteří již řadu forem odladili, a proto nedochází příliš často k té nejkritičtější variantě, kdy se musí celá forma zahodit a dělá se zcela nový návrh. Na druhou stranu se objevují stále nové a nové tvary výtažků a mění se používané materiály. V takové situaci pak zkušenosti konstruktérů nejsou příliš platné. Rovněž dochází ke zkracování dodacích lhůt a samozřejmě snahou zákazníků je stlačit dolů i cenu formy. V takových případech pak výrobce sahá po simulacích procesu tažení, zpravidla si nejprve externě objedná výpočet u specializované firmy, a pokud počet potřebných simulací roste, pak nezbývá nic jiného než příslušný software zakoupit.
Reklama
Reklama

Pohled do nástrojárny

Jak dnes taková konstrukční kancelář v nástrojárně pracuje? Doby, kdy se předávala pouze výkresová dokumentace, jsou pryč. Informace o výrobku nyní prakticky vždy obdržíte jako 3D geometrii ve standardním formátu (IGES, VDA), nebo stále častěji jako nativní data, zpravidla ze systému CATIA. Ten je standardem v automobilovém průmyslu, kam nástrojárny dodávají většinu své produkce.
Na vstupu tedy máme 3D geometrii dílu a začínáme navrhovat formu, zároveň se ale dostáváme k prvnímu problému. Zkušený konstruktér, na kterém celá kancelář závisí, sice již zvládl CAD, ale bohužel jen ve 2D. Proto mu někdo jiný připraví do 2D systému jednotlivé pohledy a řezy výrobku. Konstruktér pak formu navrhne a výsledný výkres spolu se vstupním modelem výrobku použije specialista, který ve 3D CAD systému vymodeluje jednotlivé nástroje tak, aby mohl technolog připravit CNC programy pro výrobu. Jakmile je forma vyrobena, dochází k jejímu již zmiňovanému "ladění", které může vést až k tomu, že se vše vrátí konstruktérovi zpět na stůl a on navrhuje nový koncept celé formy. Kritická situace nastane v okamžiku, kdy se musí změnit nejen forma, ale i vlastní výrobek, protože tak, jak byl navržen, jej prostě nelze vyrobit. Tomu všemu se ale dalo předejít - stačilo provést simulaci výrobního procesu.

Simulace hlubokého tažení

Kde a kdy se u takto pojatých procesů objeví potřeba simulace? V podstatě nalezneme dva vstupní body. Ten první je hned na počátku - nástrojárna má připravit nabídku na formu. Pokud je zadání standardní a jednoduché, je vše v pořádku. Co když se ale jedná o výtažek, u kterého zákazník požaduje např. výrobu jedním tahem, a ono to nepůjde? Jsem schopen to v úvodní fázi posoudit? Na základě čeho, když jsem s takovým materiálem ještě nepracoval a takový tvar výtažku jsem rovněž neřešil?
V takové situaci je ideálním nástrojem simulační software založený na jednokrokovém inverzním řešiči. Vstupem pro takový řešič je v podstatě jen geometrie dílu a materiál. Během několika minut dostaneme odpověď na základní otázku, zda je díl vyrobitelný a jaká jsou kritická místa, a tak již v této fázi lze jednat se zákazníkem o určitých úpravách dílu.
Hlavní použití simulace nastává v okamžiku, kdy mám formu navrženu. Celé odladění nástroje pak provedu na "virtuálním lisu" - v počítači. Je přece jen podstatně levnější a rychlejší změnit CAD data, než upravovat vyrobenou formu v dílně. V okamžiku, kdy mám navržený nástroj, mohu tedy přistoupit ke kompletní simulaci celého procesu a všech jeho fází - prohnutí nástřihu vlastní vahou, dojetí přidržovačů, vlastního tažení (i vícekrokového), odstřižení, kalibrace, odpružení atd. Tady již nevystačíme s inverzním řešičem, protože potřebujeme řešení přesné, které zahrne veškeré podstatné vlivy.

Vhodný software

Jaký software je vhodné pro simulace použít? Zkusme si nejprve nadefinovat požadavky, které musí splňovat:
  • vysokou přesnost - správné nalezení trhlin a vrásek, tloušťka stěny, napětí, atd.;
  • snadnou použitelnost - žádná nástrojárna nezaměstnává specialistu na FEM;
  • rychlé dosažení výsledků - nemohu simulovat dlouho, abych nepřekročil termín dodávky formy, navíc potřebuji zpravidla ověřit více variant.
  • Pokud se na požadavky podíváme, můžeme automaticky vyloučit standardní FEM balíky - proces hlubokého tažení je nelineární (velká deformace, plasticita, resp. visko-plasticita, kontakt) a příprava dat pro něj je velice složitá. Znamenalo by to zaměstnávání poměrně velmi zkušeného specialisty na FEM, a přesto by se požadované přesnosti dosáhlo jen obtížně, nemluvě o tom, jak dlouho by se celý výpočet včetně vyhodnocení prováděl. Budeme tedy vybírat mezi specializovanými nástroji. Na trhu existuje několik komerčních řešení, která zpravidla nemají problémy s přesností a dají se i poměrně snadno ovládat bez potřeby velkých znalostí FEM. Základním problémem je ale rychlost výpočtu a doba, kterou potřebují na přípravu dat. Nástrojárny zpravidla nemají superpočítače, ale běžné pracovní stanice. Pokud na nich výpočet trvá týden (a to není u velkých a složitých dílů pro explicitní řešič nijak přehnaná doba), dá se v podstatě provést pouze analýza jedné varianty a není čas na optimalizaci.
    Existuje však software, který počítá řádově 20x až 30x rychleji než ty ostatní a je schopen poskytovat vysoce přesné výsledky během minut až hodin. Jedná se o software Autoform, který si našel cestu prakticky do všech automobilek a k jejich významným dodavatelům plechových dílů a forem. Tajemství velké rychlosti Autoformu spočívá především v použití podstatně modernějšího inkrementálního řešiče na rozdíl od klasického explicitního. Rychlost se ale neprojevuje jen během vlastního výpočtu, ale je patrná v celém systému - od rychlého importu geometrie nástroje z CAD a jejího nasíťování (vytvoření konečnoprvkové sítě) přes jednoduché a rychlé generování jednotlivých nástrojů a zadávání ostatních dat (definice procesů, výběr materiálu z databáze nebo jeho zadání, definice přístřihu, brzdicích lišt atd.) až po vyhodnocení výsledků.

    Autoform

    Autoform má pro první posouzení vyrobitelnosti dílu jednoduchý inverzní software Autoform OneStep. Hlavní zbraní je pak především vysoce přesný a rychlý Autoform Incremental pro kompletní simulaci celého procesu hlubokého tažení. Skutečně fantastická rychlost umožňuje uživatelům provádět optimalizace formy a procesu tím, že provedou výpočet řady variant nebo použijí optimalizační nástroje, které software obsahuje. Může jít o optimalizaci nástřihu a střižné křivky, kdy zadáte požadovaný tvar po deformaci a systém navrhne tvar nástřihu nebo střižné křivky, nebo dokonce o optimalizaci parametrů celého procesu s ohledem na to, aby jednotlivé části výtažku měly optimální přetvoření podle FLD, limitního diagramu deformace.
    Výrobce softwaru se ale nezastavil u vlastní simulace a udělal další krok. Pokud se nad celým postupem práce v konstrukci nástrojárny zamyslíme, dojdeme k závěru, že po zavedení simulací zbývá pro úplné dokončení optimalizačního procesu obousměrná vazba s parametrickým CAD systémem. Toho docílila firma Autoform dalším nástrojem, který se nazývá Autoform DieDesigner. Tento nástroj umožňuje import CAD dat výrobku, vlastní návrh formy s využitím simulačních a optimalizačních nástrojů Autoform Incremental a export výsledné geometrie do původního CAD systému pro vytvoření výkresové dokumentace a CNC programů pro výrobu. Systém má řadu nástrojů pro kompletní návrh celé formy. Lze v něm provádět globální změny některých parametrů, jako např. tažný rádius, anebo lokální změny v jednotlivých řezech nástroje. V podstatě se dá říci, že DieDesigner je jednoúčelový CAD systém pro návrh formy. Jako všechna jednoúčelová zařízení se vyznačuje vysokou produktivitou práce a snadnou obsluhou.
    Celé výše popsané řešení umožní podstatné zkrácení potřebného času na výrobu nástroje, zvýšení kvality výrobků a snížení jejich ceny. Distribucí Autoformu se v ČR zabývá firma Technodat, mezi uživatele patří např. Škoda Auto Mladá Boleslav nebo Unitools Valašské Meziříčí.
    Reklama
    Vydání #4
    Kód článku: 10414
    Datum: 11. 04. 2001
    Rubrika: Výroba / Tváření
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Aditivní výroba ve tváření plechů

    Trojrozměrný (3D) tisk, označovaný také jako aditivní výroba (additive manufacturing - AM), zaznamenal v poslední době značný rozvoj. Touto technologií je umožněna výroba i velmi tvarově komplikovaných trojrozměrných produktů. Objekty nebo výrobky jsou vytvářeny z podkladu digitálních 3D modelů nebo jiných elektronických datových zdrojů. Aplikační možnosti 3D tisku se s ohledem na progresivní vývoj této technologie jeví jako neomezené.

    Zdokonalený procesní řetězec

    Konstrukce dílů, zhotovení řezných plánů a programů ohýbání, plánování výrobních procesů a jejich kontrola: moderní výrobu plechu si už nelze představit bez výkonného softwaru. Pomocí nového BySoft 7 společnosti Bystronic může uživatel rychle a pohodlně zkonstruovat rozměrově přesné díly a pouhým stisknutím tlačítka vypracovat řezné plány a programy ohýbání. Kromě toho je zajištěno a kontrolováno efektivní plánování výrobních procesů. Pro další zdokonalování procesního řetězce při zpracování plechů jsou však navíc zapotřebí vysoce moderní stroje. V tomto ohledu jsou vhodné oba dva nové stroje firmy Bystronic - laserový řezací stroj ByAutonom a ohraňovací lis Xcite.

    Skenování činných ploch tažného nástroje

    Pro simulaci tažného procesu v programu AutoForm bylo potřeba získat přesná data činných ploch zkušebního tažného nástroje (tažnice, tažník a přidržovač). Tato data se vlivem výrobních tolerancí a nepřesností zcela jistě nebudou shodovat s konstrukčními (teoretickými) daty.

    Související články
    Trendy ve světě přesné měřicí techniky

    Požadavky kladené na kontrolu kvality se rok od roku stále zvyšují. S tímto trendem se musejí vypořádat všichni výrobci měřicí techniky. Shodně je tomu i u firmy Mitutoyo, která se snaží šíří svého sortimentu maximálně vyhovět požadavkům pro dílenskou kontrolu, měrové laboratoře i procesní kontrolu, ale zároveň neopomíjí současný trend - Průmysl 4.0 a IoT - požadavek na inteligentní komunikativní měřidla a přístroje.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Ozubené řemeny v pohonech ekologických taxi člunů

    Britská firma vyvinula hybridní pohon pro 550 vodních taxíků pro Benátky. Kombinace dieselového motoru a elektromotoru zde snižuje hluk, emise i náklady, přičemž vysoce výkonný řemen Synchrochain Carbon umožňuje použití kompaktního motoru s nízkou hmotností.

    Chytré stroje přivádějí továrny k životu

    Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

    Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

    Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

    Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

    V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

    Kompozitní galvanické povlaky

    Stále se zvyšující požadavky na vlastnosti povrchů urychlily vývoj slitinových povlaků kombinovaných s povlaky kompozitními, čímž se vzájemně kombinují a rozšiřují výhody a možnosti nových povlaků.

    Virtuálně na veletrh

    Svět se nám doslova před očima přelévá do online prostoru. To, že se na internet přesune mnoho služeb a komodit bylo jasné už od rozšíření a zvýšení dostupnosti internetu široké veřejnosti. Letošní pandemická situace však tento přerod ještě více umocnila. Ostatně i v průmyslu nás již několik posledních let doprovázejí hesla jako Internet věcí, digitalizace, big data, cloud apod. Oblíbené semináře a konference dostaly virtuální podobu a koncem listopadu si také 17 vystavovatelů a okolo 300 návštěvníků vyzkoušelo první virtuální odborné B2B setkání s názvem Výroba forem 2020.

    RCMT - 20 let ve výzkumu obráběcích strojů (2. část)

    Před 20 lety se začaly psát dějiny novodobé tuzemské výzkumné základny strojírenské výrobní techniky. Tento příspěvek nahlíží na klíčové milníky na jeho cestě očima aktérů, kteří stáli a stojí po jeho boku. Vydejme se společně na cestu, která formovala dnešní podobu Výzkumného centra pro strojírenskou výrobní techniku a technologii RCMT (Research Center of Manufacturing Technology) při FS ČVUT v Praze.

    Od konstrukce strojů po parkovací věže

    Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

    MSV představí svět budoucnosti

    Mezinárodní strojírenský veletrh vstupuje do svého již 61. ročníku. Během let se z něj stal nejrenomovanější oborový veletrh. Je tedy jasné, že řídit jej tak, aby renomé neztratil, není nic snadného a vyžaduje to člověka nejen schopného, ale i zkušeného. Současný ředitel, Ing. Michalis Busios, bezesporu splňuje obojí. Dokladem je skutečnost, že pro veletrh úspěšně pracuje již od roku 2008.

    Harmonizace ve svařování

    Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit